JP3465877B2 - アルミニウム電解コンデンサおよびコンデンサ素子の製造方法 - Google Patents
アルミニウム電解コンデンサおよびコンデンサ素子の製造方法Info
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Description
器に搭載されるアルミニウム電解コンデンサおよびそれ
に用いるコンデンサ素子の製造方法に関するものであ
る。
解コンデンサ(以下、電解コンデンサという。)は、図
1に示すように、陽極箔、陰極箔およびセパレータを巻
回したコンデンサ素子2と、該コンデンサ素子2を収納
した有底筒状のアルミニウム製のコンデンサケース3
と、このコンデンサケース3の開放端側を塞ぐ合成樹脂
製の封口体4とを有している。封口体4の外端面には陽
極端子41および陰極端子42が構成され、これらの端
子41、42の下端部は、陽極内部端子43および陰極
内部端子44としてコンデンサ素子2から引き出された
陽極リードタブ21および陰極リードタブ22が電気的
に接続されている。ここで、陽極リードタブ21および
陰極リードタブ22は、いずれも200μm程度のアル
ミニウム板から切り出したものである。これらのリード
タブ21、22のうち、陰極リードタブ22については
陽極酸化が施されていないものが使用される一方、陽極
リードタブ21については陽極酸化が施されたものが使
用されるが、いずれのリードタブ21、22について
も、エッチングなどの粗面化加工の施されていないプレ
ンの厚手のアルミニウム箔が用いられている。
ドタブ22のいずれにおいても、陽極箔あるいは陰極箔
との電気的な接続は、図4に示すように、陽極箔26お
よび陰極箔27の表面に陽極リードタブ21および陰極
リードタブ22を重ねた状態での加締め5(あるいは溶
接)などによってなされている。
電が起こるときの挙動は以下のとおりである。電解コン
デンサ1において、陰極箔27については、厚さがたと
えば20μm〜50μmのアルミニウム箔をエッチング
した後、陽極酸化で数ボルト程度の皮膜生成処理を施し
たものを用いる場合と、エッチングのみで強制的な皮膜
生成処理を行わないものを用いる場合とがあるが、強制
的に皮膜生成を行わない場合においてもアルミニウム箔
表面には大気中の水分または電解液中の水分と反応し
1.0V前後の耐圧の皮膜が生成している。このため、
電解コンデンサの静電容量は、耐圧を保持する陽極箔酸
化皮膜の静電容量と陰極箔の静電容量の直列接続での合
成容量で成り立っている。ここで、陽極箔の単位面積当
たりの静電容量をCa(μF/cm2)、陰極箔の単位
体積当たりの静電容量をCc(μF/cm2)とし、電
解コンデンサ1が充電された電圧をV、この電圧Vを陽
極側および陰極側で分担する電圧をVa、Vcとしたと
きに、放電時に陰極箔27にかかる電圧Vc′は、次の
[数1]のようになる。
が高過ぎると、陰極箔27に皮膜生成が起こってコンデ
ンサ内でガスが発生するなどといった好ましくない現象
が起こる。従って、放電時に陰極箔27に電圧がかかっ
ても陰極箔27に皮膜生成が発生しない電圧をV′とす
ると、放電時には次の[数2]を満たしていることが必
要である。
から、[数3]が導かれ、[数3]を満たせば、放電時
に陰極箔に電圧がかかっても陰極箔27に皮膜生成が発
生しない。
に、陰極箔27として、静電容量の大きなもの、あるい
は充放電電流によって陰極箔27に生成するであろう酸
化皮膜の耐圧分をあらかじめ皮膜生成していたものを用
いるなど、電解コンデンサ1の耐リプル性能、耐充放電
性能を向上するにあたっては、陰極箔27あるいは陽極
箔26、電解液、セパレータなどの材料の開発または改
良を主体とした対応がなされてきた。
うな基本材料の開発によって電解コンデンサ1の耐リプ
ル性能、耐充放電性能を向上するにも限界がある。すな
わち、本願発明者が繰り返し行った実験において、耐リ
プル試験、耐充放電試験を行った電解コンデンサ1を調
査、解析したところ、単時間のうちに許容リプルを遙か
に越えるリプル電流が周期的に印加される回路に用いる
電解コンデンサ1には、いくら陰極箔27として理想に
近いものを用いても、陰極リードタブ22およびその周
辺の陰極箔27上に皮膜生成反応がおこるため、コンデ
ンサ内でガスが発生し、内圧上昇に起因する防爆弁作動
などといった不具合が発生するという新たな知見を得
た。
の構造面から放電時に陰極側に皮膜生成が起こるのを防
止することにより、耐充放電性能および耐リプル電流性
能を大幅に向上させることのできる電解コンデンサおよ
びそれに用いるコンデンサ素子の製造方法を提供するこ
とにある。
め、本発明では、アルミニウム製の陽極リードタブが電
気的に接続された陽極箔と、アルミニウム製の陰極リー
ドタブが電気的に接続された陰極箔とをセパレータを介
して巻回または積層したコンデンサ素子に駆動用電解液
を含浸してなるアルミニウム電解コンデンサにおいて、
前記陰極リードタブの表面には、粗面化加工の施された
アルミニウム箔の小片が当該陰極リードタブに電気的接
続した状態で重ねられていることを特徴とする。
単時間でかつ周期的に許容リプルを遙かに越えるリプル
電流が電解コンデンサに印加されると陰極リードタブ周
辺の陰極箔上に皮膜生成反応がおこる理由は、陰極リー
ドタブでは単位面積当りの容量が低いため、放電電流が
陰極リードタブに流れた際に陰極リードタブおよびその
周囲には高い電圧がかかるためであるという結論に到達
した。そこで、本発明では、前記陰極リードタブの表面
には、粗面化加工の施されたアルミニウム箔の小片を当
該陰極リードタブに電気的接続した状態で重ねておくの
で、陰極リードタブが位置する部分で実際に陽極箔に対
向するのは、粗面化加工の施されたアルミニウム箔の小
片である。このような小片は、粗面化加工の施されてい
る分、単位面積当りの静電容量が大きいので、単時間の
うちに許容リプルを遙かに越えるリプル電流が周期的に
電解コンデンサに印加されても、陰極リードタブおよび
その周囲には高い電圧がかからない。それ故、陰極リー
ドタブおよびその周囲に皮膜生成が発生しないので、コ
ンデンサ内でのガス発生を防止できる。
片および前記陰極リードタブは、前記陰極箔に対して一
括して加締めあるいは溶接されていることにより、当該
陰極箔に対して電気的に接続されていることが好まし
い。このようなアルミニウム電解コンデンサに用いるコ
ンデンサ素子を製造するにあたって、前記アルミニウム
箔の小片、前記陰極リードタブおよび前記陰極箔を電気
的に接続する際には、前記陰極箔に対して、前記陰極リ
ードタブおよび前記アルミニウム箔の小片をこの順に重
ねた状態で、前記陰極箔、前記陰極リードタブおよび前
記アルミニウム箔を一括して加締めあるいは溶接するこ
とが好ましい。
形態を説明する。図1は、電解コンデンサの構造を模式
的に示す断面である。図2および図3はそれぞれ、本形
態に係る電解コンデンサに用いたコンデンサ素子の構造
を示す説明図、およびこのコンデンサ素子の製造方法を
示す説明図である。なお、本形態の電解コンデンサも、
従来の電解コンデンサと基本的な構造が共通するので、
対応する部分には同一の符号を付してある。
ンサ1では、エッチング箔に陽極酸化(化成処理)を施
した陽極箔26、陽極酸化皮膜を形成していないエッチ
ング箔あるいは薄い陽極酸化皮膜を形成したエッチング
箔からなる陰極箔27、およびセパレータ28を巻回し
たコンデンサ素子2と、該コンデンサ素子2を収納した
有底筒状のアルミニウム製のコンデンサケース3と、こ
のコンデンサケース3の開放端側を塞ぐ合成樹脂製の封
口体4と、コンデンサケース3にコンデンサ素子2を固
定する素子固定材30とを有している。コンデンサ素子
2には駆動用電解液が含浸されている。封口体4の外端
面には陽極端子41および陰極端子42が構成され、こ
れらの端子41、42の下端部は、陽極内部端子43お
よび陰極内部端子44としてコンデンサ素子2から引き
出された複数枚の陽極リードタブ21および複数枚の陰
極リードタブ22がそれぞれ電気的に接続されている。
ここで、陽極リードタブ21および陰極リードタブ22
は、いずれも200μm程度の厚手のアルニウム箔から
切り出したものである。これらのリードタブ21、22
のうち、陰極リードタブ22については陽極酸化が施さ
れていないものが使用される一方、陽極リードタブ21
については陽極酸化が施されたものが使用されている
が、いずれのリードタブ21、22においても、陽極酸
化を施したものを用いてもよい。
極箔26との電気的な接続は、従来と同様、陽極箔26
の表面に陽極リードタブ21を重ねた状態で加締め5
(あるいは溶接)などを行うことによってなされてい
る。但し、本形態では、陰極リードタブ22の表面に
は、粗面化加工(エッチング処理)の施されたアルミニ
ウム箔の小片6が陰極リードタブ22に電気的接続した
状態で重ねられている。すなわち、アルミニウム箔の小
片6は、陰極リードタブ22を覆うようにして陰極リー
ドタブ22の表面に重ねられ、この状態で、アルミニウ
ム箔の小片6は、陰極リードタブ22とともに陰極箔2
7に対して一括して加締め6(あるいは溶接)されて電
気的に接続している。このような小片6として、本形態
では、陰極箔27として用いたアルミニウム箔を陰極リ
ードタブ22より幅広で、かつ、陰極箔27と略同一の
幅寸法に切り出したものが用いられている。また、陰極
箔27および小片6については、陽極酸化皮膜が形成さ
れていないエッチング箔、あるいは薄い陽極酸化皮膜を
形成したエッチング箔のいずれを用いてもよい。
サ1において、陰極リードタブ22が位置する部分で実
際に陽極箔21に対向するのは、粗面化加工の施された
アルミニウム箔の小片6であり、陰極リードタブ22で
ない。このような小片6は、陰極リードタブ22と違っ
て、塩酸浴中でのエッチングなどの方法で粗面化加工が
施されている分、陰極リードタブ22と比較して単位面
積当りの静電容量がかなり大きい。従って、陰極リード
タブ22が位置する部分であっても、前記した式(3)
の右辺の式で導かれる値が小さいので、単時間のうちに
許容リプルを遙かに越えるリプル電流が周期的に電解コ
ンデンサ1に印加されても、陰極リードタブ22および
その周囲には高い電圧がかからない。それ故、過酷なリ
ップル印加試験や充放電試験を行っても、陰極リードタ
ブ22およびその周囲に皮膜生成が発生しないので、電
解コンデンサ1内でのガス発生を防止できる。
デンサ素子2を製造する際には、図3に模式的に示すよ
うに、コンデンサ素子2の巻き取り工程において、陰極
リードタブ22を陰極箔27を電気的に接続する際に、
素子巻き取り機8の陰極リードタブ取りつけエリア80
において、タブ供給部(図示せず。)から供給された陰
極リードタブ22、および小片供給部(図示せず。)か
ら供給されたアルミニウム箔の小片6を陰極箔27の表
面にこの順に重ねた状態で、陰極箔27、陰極リードタ
ブ22および小片6を加締め装置82によって一括して
加締め(あるいは溶接)した後、陽極リードタブ(図2
参照)が電気的に接続された陽極箔26と、アルミニウ
ム製の陰極リードタブ22が電気的に接続された陰極箔
とをセパレータ28を介して巻回し、コンデンサ素子2
を形成する。
極箔27がセパレータ28を介して巻回されたコンデン
サ素子2を例に説明したが、陽極箔26および陰極箔2
7がセパレータ28を介して積層されたコンデンサ素子
2を用いた電解コンデンサ1に対して本発明を適用して
もよい。
は、陰極箔27に対して陰極リードタブ22および小片
6を同時に加締めする構成であったが、本発明は、陰極
箔27に対して陰極リードタブ22および小片6を別々
に加締めや溶接などの方法によって電気的接続した電解
コンデンサにも適用できる。また、上記形態では、封口
体4として、端子を埋め込んだ合成樹脂性のモールド板
を用いたが、本発明は、封口体4としてゴム貼り積層板
を用いた構成の電解コンデンサにも適用できる。
ミニウム電解コンデンサおよびその製造方法において、
陰極リードタブの表面には、粗面化加工の施されたアル
ミニウム箔の小片を当該陰極リードタブに電気的接続し
た状態で重ねておくので、陰極リードタブが位置する部
分で実際に陽極箔に対向するのは、粗面化加工の施され
たアルミニウム箔の小片である。このような小片は、粗
面化加工の施されている分、単位面積当りの静電容量が
大きいので、単時間のうちに許容リプルを遙かに越える
リプル電流が周期的に電解コンデンサに印加されても、
陰極リードタブおよびその周囲には高い電圧がかからな
い。それ故、陰極リードタブおよびその周囲に皮膜生成
が発生しないので、コンデンサ内でのガス発生を防止で
きる。
ある。
デンサ素子の構造を示す説明図である。
明図である。
の構造を示す説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 アルミニウム製の陽極リードタブが電気
的に接続された陽極箔と、アルミニウム製の陰極リード
タブが電気的に接続された陰極箔とをセパレータを介し
て巻回または積層したコンデンサ素子に駆動用電解液を
含浸してなるアルミニウム電解コンデンサにおいて、 前記陰極リードタブの表面には、粗面化加工の施された
アルミニウム箔の小片が当該陰極リードタブに電気的接
続した状態で重ねられていることを特徴とするアルミニ
ウム電解コンデンサ。 - 【請求項2】 請求項1において、前記アルミニウム箔
の小片および前記陰極リードタブは、前記陰極箔に対し
て一括して加締めあるいは溶接されていることにより、
当該陰極箔に対して電気的に接続されていることを特徴
とするアルミニウム電解コンデンサ。 - 【請求項3】 請求項1または2に規定するアルミニウ
ム電解コンデンサに用いるコンデンサ素子の製造方法に
おいて、前記アルミニウム箔の小片、前記陰極リードタ
ブおよび前記陰極箔を電気的に接続する際には、前記陰
極箔に対して、前記陰極リードタブおよび前記アルミニ
ウム箔の小片をこの順に重ねた状態で、前記陰極箔、前
記陰極リードタブおよび前記アルミニウム箔を一括して
加締めあるいは溶接することを特徴とするアルミニウム
電解コンデンサ用のコンデンサ素子の製造方法。
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- 1999-01-27 JP JP01832699A patent/JP3465877B2/ja not_active Expired - Fee Related
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